Antarmuka graphene yang revolusioner bertujuan untuk mengubah ilmu saraf

Sebuah studi terobosan menghadirkan neuroteknologi inovatif berbasis graphene yang dikembangkan oleh ICN2 dan mitranya, dengan potensi kemajuan besar dalam ilmu saraf dan aplikasi terapeutik. (Konsep artis.) Kredit: SciTechDaily.com

Pemimpin Grafena Neuroteknologi yang dikembangkan oleh ICN2 dan kolaboratornya menjanjikan kemajuan transformatif dalam ilmu saraf dan aplikasi medis, menunjukkan antarmuka saraf presisi tinggi dan neuromodulasi yang ditargetkan.

Studi diterbitkan di Nanoteknologi alam Menghadirkan neuroteknologi inovatif berbasis graphene yang berpotensi memberikan dampak transformatif dalam ilmu saraf dan aplikasi medis. Penelitian ini, dipimpin oleh Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) bekerja sama dengan Autonomous University of Barcelona (UAB) dan mitra nasional dan internasional lainnya, saat ini sedang dikembangkan untuk aplikasi terapeutik melalui perusahaan spin-off INBRAIN Neuroelectronics.

Fitur utama dari teknologi graphene

Setelah bertahun-tahun melakukan penelitian dalam kerangka Proyek Perintis Graphene Eropa, ICN2 bekerja sama dengan Universitas Manchester telah memimpin pengembangan EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interfaces), sebuah kelas baru implan berbasis graphene yang fleksibel, beresolusi tinggi. teknologi saraf. . Hasilnya baru-baru ini dipublikasikan di Neuroteknologi alam Hal ini bertujuan untuk menyumbangkan teknologi inovatif pada lanskap neuroelektronik dan antarmuka otak-komputer yang berkembang pesat.

EGNITE mengandalkan pengalaman luas para penemunya dalam pembuatan dan penerjemahan medis bahan nano karbon. Teknologi inovatif berbasis nanopori graphene ini mengintegrasikan proses manufaktur standar di industri semikonduktor untuk merakit mikroelektroda graphene dengan diameter hanya 25 mikrometer. Mikroelektroda graphene menunjukkan resistansi rendah dan injeksi muatan tinggi, yang merupakan fitur penting untuk antarmuka saraf yang fleksibel dan efisien.

Validasi fungsi praklinis

Studi praklinis yang dilakukan oleh berbagai ahli ilmu saraf dan biomedis yang bermitra dengan ICN2, menggunakan model berbeda dari sistem saraf pusat dan perifer, telah menunjukkan kemampuan EGNITE untuk merekam sinyal saraf resolusi tinggi dengan kejelasan dan presisi luar biasa dan, yang paling penting, memberikan a penargetan tingkat tinggi. . Modifikasi saraf. Kombinasi unik antara perekaman sinyal resolusi tinggi dan stimulasi saraf presisi yang disediakan oleh teknologi EGNITE mewakili potensi kemajuan penting dalam terapi neuroelektronik.

Pendekatan inovatif ini mengatasi kesenjangan kritis dalam neuroteknologi, yang belum mengalami kemajuan signifikan dalam bidang material selama dua dekade terakhir. Pengembangan elektroda EGNITE berpotensi menempatkan graphene sebagai yang terdepan dalam material neuroteknologi.

Kerjasama internasional dan kepemimpinan ilmiah

Teknologi yang disajikan hari ini dibangun berdasarkan warisan Graphene Flagship, sebuah inisiatif Eropa yang selama dekade terakhir berupaya memperkuat kepemimpinan strategis Eropa dalam teknologi berbasis graphene dan material 2D lainnya. Di balik terobosan ilmiah ini terdapat upaya kolaboratif yang dipimpin oleh peneliti ICN2 Damia Viana (sekarang di INBRAIN Neuroelectronics) dan Steven T. Walston (sekarang di University of Southern California), dan Eduard Masvidal Codina, di bawah pengawasan José A. Garrido. Pemimpin ICN2 Bahan dan perangkat elektronik canggih Group, dan ICREA Costas Costarellos, pemimpin ICN2 Laboratorium nanomedis dan Sekolah Biologi, Kedokteran dan Kesehatan di Universitas Manchester (Inggris). Xavier Navarro, Natàlia de la Oliva, Bruno Rodríguez-Meana dan Jaume del Valle, dari Institute of Neurosciences dan Departemen Biologi Sel, Fisiologi dan Imunologi di Autonomous University of Barcelona (UAB), berpartisipasi dalam penelitian ini.

Kolaborasi ini mencakup kontribusi dari lembaga-lembaga terkemuka nasional dan internasional, seperti Institute of Microelectronics of Barcelona – IMB-CNM (CSIC), National Graphene Institute of Manchester (UK), dan Grenoble Neuroscience Institute – Université Grenoble Alpes (Prancis). ) dan Universitas Barcelona. Integrasi teknologi ini ke dalam proses manufaktur semikonduktor standar dilakukan di Ruang Bersih Fabrikasi Mikro dan Nano Khusus (CSIC) IMB-CNM, di bawah pengawasan peneliti CIBER Dr. Xavi Illa.

Terjemahan klinis: langkah selanjutnya

Teknologi EGNITE dijelaskan dalam Nanoteknologi alam Artikel tersebut telah dipatenkan dan dilisensikan kepada INBRAIN Neuroelectronics, anak perusahaan ICN2 dan ICREA yang berbasis di Barcelona, ​​​​dengan dukungan dari IMB-CNM (CSIC). Perusahaan, yang juga merupakan mitra dalam proyek Graphene Flagship, memimpin penerapan teknologi ini ke dalam aplikasi dan produk klinis. Di bawah arahan CEO Carolina Aguilar, INBRAIN Neuroelectronics sedang bersiap untuk melakukan uji klinis pertama pada manusia terhadap teknologi graphene inovatif ini.

Lanskap industri dan inovasi dalam teknik semikonduktor di Catalonia, di mana strategi nasional yang ambisius berencana untuk membangun fasilitas canggih untuk produksi teknologi semikonduktor berdasarkan bahan-bahan baru, memberikan peluang yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk mempercepat penerjemahan hasil-hasil yang disajikan hari ini. ke dalam hasil klinis. Aplikasi.

Catatan penutup

itu Nanoteknologi alam Artikel ini menjelaskan neuroteknologi inovatif berbasis graphene yang dapat ditingkatkan dengan menggunakan proses manufaktur semikonduktor yang sudah ada, sehingga memiliki potensi dampak transformatif. ICN2 dan mitranya terus mengembangkan dan mematangkan teknologi yang dijelaskan dengan tujuan menerjemahkannya menjadi neuroteknologi terapeutik yang efektif dan inovatif.

Referensi: “Mikroelektroda film tipis berbasis skala nano graphene untuk perekaman dan stimulasi saraf resolusi tinggi in vivo” oleh Damia Viana dan Stephen T. Walston, Edward Masvidal Codina, Xavi Illa, Bruno Rodriguez Miana, Jaume del Valle, Andrew Hayward, Abby Dodd, Tomas Loret, Elisabet Prats Alfonso, Natalia de la Oliva, Marie Palma, Elena del Coro, María del Pilar Pernicola, Elisa Rodriguez Lucas , Thomas Jenner, Jose Manuel De la Cruz, Miguel Torres Miranda, Fikret Taigun. Dauphin, Nicola Rea, Justin Sperling, Sara Marti Sanchez, Maria Chiara Spadaro, Clement Hébert, Sinead Savage, Jordi Arbiol, Anton Guimera-Brunet, M. Victoria Puig, Blaise Everett, Xavier Navarro, Costas Costarelos dan José A. Garrido, 11 Januari 2024, Nanoteknologi alam.
doi: 10.1038/s41565-023-01570-5